基于RFID技術的智能家校通門禁管理系統設計與實現

呂 婷

(安徽電子信息職業技術學院信息與智能工程系，安徽 蚌埠 233000)

0 引言

射頻識別 (radio frequency identification，RFID) 技術利用射頻通信技術實現非接觸式自動識別，是物聯網的一項關鍵技術[1]。RFID通過無線電信號傳遞數據，系統和目標之間是非接觸的，抗干擾能力強，可靠性高。近年來，RFID已發展成為自動識別中應用較為廣泛的技術之一，在許多領域(如單位門禁系統、停車收費系統、身份證系統等)得到應用[1]。而大學生是一個特殊群體，雖然大多已經成年，一方面由于社會經驗不足等原因，自我保護意識較差，大學生宿舍因陌生人進入引起學生上當受騙的事件時有發生；另一方面，其自我約束能力還不夠，晚歸及曠寢等事件頻繁發生，紀律渙散，缺乏安全防范能力。學校需要對其進出宿舍門的記錄進行跟蹤，掌握學生去向的第一手資料，以便及時發現問題并采取措施[1]。

為滿足學校有效管理學生的需求、本文提出基于RFID技術的智能家校通門禁管理系統。該系統可以實現自動化記錄與管理，并且識別學生身份，禁止非學生身份的外來人員出入宿舍。該系統利用校園卡刷卡、開鎖，結合云技術，突破了單一的傳統門禁管理系統無法遠程查看問題，實現了對學生進出宿舍無人值守的有效監控和管理[2]，根據時間段判斷晚歸且進行素養積分管理。該系統為高校綜合素質測評及學生健康生活搭建了有效管理的平臺。在提高學生住宿的安全性、規范學生的管理體制等方面，相比于傳統門禁管理系統，該系統具有明顯的優勢[3]。通過手機客戶端訪問云端，實現與現場門禁控制系統的數據交互。實際運行效果表明，該系統具有穩定性好、維護成本低、實時性高的優點[4]。

1 系統的總體架構

基于RFID技術的智能家校通門禁管理系統主要由門禁子系統(計算機端)、查詢子系統(Web端)、人臉識別模塊組成。用戶可以在Web端訪問數據，且能將數據發送至云端供遠程查詢和訪問曠寢和晚歸信息。

系統總體架構如圖1所示。

圖1 系統總體架構圖

2 系統設計

2.1 系統總體設計

系統總體設計如圖2所示。

圖2 系統總體設計圖

首先，建立完備的數據庫，包含RFID模塊的開卡、刷卡及門禁管理信息等內容。其次，將計算機端與數據庫交互，通過有線、無線或移動網絡遠程查看信息，并將異常信息自動推送給管理員或是班主任。具體過程如下。

首先，將學生的學號、姓名、所在寢室號、班級及所在的班主任等信息都寫入學生持有唯一卡號的RFID卡中。然后是卡信息的訪問模塊。RFID讀卡器識別學生卡并將此信息通過串口發送給計算機端，獲取學生實時進出宿舍門的時間，并將這些信息都存入數據庫中。最后，該系統將異常信息(如曠寢、晚歸等)自動推送給宿管員及班主任老師，同時老師也可以通過手機或計算機遠程查看門禁記錄詳細信息。

2.2 系統的硬件模塊設計

射頻讀卡器模塊采用NXP 公司生產MIFARE522模塊型號MIFARE522。該芯片具有高度集成的非接觸式低功耗讀寫功能，在無需其他電路的情況下，可通過內部發送器驅動讀寫器天線與應答機之間通信；采用 ISO 14443A/MIFARE 卡通信協議標準，支持串行外設接口(serial peripheral interface,SPI)、通用異步收發傳輸器(universal asynchronous receiver/transmitter,UART)、I2C 三種不同的接口與微處理器通信[5]。讀寫卡采用NXP 公司生產的制作的13.56 MHz非接觸式智能卡[3]，選用的是市場主流的S50型號。該型號符合ISO 14443A標準，有1 KB容量的數據存儲區，并具備數據密鑰功能，大大提高了數據的安全性[6]。

2.3 系統軟件設計與實現

主機服務器通過門禁管理系統接收 RFID 上傳的數據信息，包括學生信息及進出門的時間[7]、門禁管理系統通過串口與控制器通信。開發環境為微軟Visual Studio 2012以上版本。用戶界面使用 C# 編程語言的 WinForm窗體框架。用戶數據存儲由Navicat for MySQL 及與PHPstudy相結合，實現數據的存儲、修改、刪除、查詢等功能。系統軟件設計流程如圖3所示。

圖3 系統軟件設計流程圖

RFID 刷卡模塊主要由 RFID 讀卡器、RFID 個人身份識別卡等組成。每位進入寢室的人員都要通過刷卡才可以進入[8]。該卡可以記錄學生進出宿舍門禁和學習情況。每張卡最開始都存有學生的基本信息和充有20個素養積分。刷卡進宿舍時，打開宿舍門禁，并記錄回宿舍時間。學生進出宿舍門禁的時間固定為23:30，在這個點以前回宿舍不扣素養積分，否則每晚遲到5 min扣除5個素養積分，并將這些信息上傳保存到后臺數據庫。當扣除到剩余5個素養積分時，系統發出警報。刷卡后，刷卡機能顯示學生的原有素養積分。被扣素養積分、現有素養積分，刷卡機能對多張卡進行記錄處理，將信息存入數據庫，并提供查詢。

在查詢模塊中，所有的記錄門禁數據，均顯示在用戶界面上。具體查詢操作根據姓名、時間條件、晚歸狀態進行篩選數據。具體判斷晚歸的方法代碼如下。

protected bool getTimeSpan(string timeStr)

//判斷晚歸的方法

{

string _strWorkingDayAM = "6:30";

//正常時間為6:30-23:30，不在此時間段內為"晚歸"

string _strWorkingDayPM = "23:30";

TimeSpan dspWorkingDayAM = DateTime.Parse(_strWorkingDayAM).TimeOfDay;

TimeSpan dspWorkingDayPM = DateTime.Parse(_strWorkingDayPM).TimeOfDay;

DateTime t1 = Convert.ToDateTime(timeStr);

TimeSpan dspNow = t1.TimeOfDay;

if (dspNow > dspWorkingDayAM && dspNow < dspWorkingDayPM)

{return true;

}

return false;

}

3 結論

將RFID技術與單片機控制相結合，應用于該門禁系統中，實現了射頻卡非接觸式識別出入，解決了傳統的基于RFID門禁系統無法滿足學生宿舍管理需求、學生晚歸宿舍時無法及時通知到輔導員,學生安全存在隱患等問題。通過門禁系統管理軟件，可以完成對人員進出情況的監控，也可以通過Web端進行查詢或云端訪問，實現智能化遠程管理。本文設計的系統將考慮增加指紋、人臉識別等科技前沿的技術，增強系統的安全性。此外，該門禁系統結合視頻監控、統計報表，能為企業減輕管理強度，有效提高管理水平。其具有設計簡單易用、成本低的特點，便于一般非專業人員操作、維護。系統實測結果表明，該系統在智能小區、智能家居等數字化安防場合也具有廣闊的應用前景和推廣價值[5-9]。